阅读说明：本技术 一种煤矿井下锚杆预紧安装微震传感器的方法 (Method for pre-tightening and installing micro-seismic sensor on underground coal mine anchor rod ) 是由 李连崇 牟文强 李晓静 朱万成 杨天鸿 王四戌 于 2019-09-19 设计创作，主要内容包括：本发明属于煤矿安全监测技术领域,公开了一种煤矿井下锚杆预紧安装微震传感器的方法。使用装置的组件及其之间的联动关系为：防爆外壳为中部中空、底端有孔的外部钢质承载结构,在防爆外壳的内壁装载有传动齿轮；位于防爆外壳内部的供能配件来带动防爆外壳齿轮啮合传动内旋腔体的螺纹外壁,内旋腔体依靠传动动力及外壳底部的滑动轨道可实现旋转转动,粗糙的内壁实现腔内材料的均匀搅拌、防止固化；在防爆外壳上部装有紧固钳,高强的底座弹簧能够实现与矿井锚杆端部的完全紧固。该方法解放了传感器安装对人力的依赖,提高了传感器螺栓安装准确度、锚固强度及工作效率,强化了整体结构的稳定性,能够满足微震系统对信号接收的要求。(The invention belongs to the technical field of coal mine safety monitoring, and discloses a method for pre-tightening and mounting a microseismic sensor on an underground coal mine anchor rod. The components of the using device and the linkage relation among the components are as follows: the explosion-proof shell is an external steel bearing structure with a hollow middle part and a hole at the bottom end, and a transmission gear is loaded on the inner wall of the explosion-proof shell; an energy supply accessory positioned in the explosion-proof shell drives the explosion-proof shell to be in gear engagement with the threaded outer wall of the transmission internal rotation cavity, the internal rotation cavity can realize rotary rotation by means of transmission power and a sliding rail at the bottom of the shell, and the rough inner wall realizes uniform stirring and solidification prevention of materials in the cavity; the upper part of the explosion-proof shell is provided with a fastening clamp, and the high-strength base spring can be completely fastened with the end part of the mine anchor rod. The method relieves the dependence of sensor installation on manpower, improves the installation accuracy, anchoring strength and working efficiency of the sensor bolt, strengthens the stability of the whole structure, and can meet the requirement of a micro-seismic system on signal receiving.)

一种煤矿井下锚杆预紧安装微震传感器的方法

技术领域

本发明涉及一种微震系统的信号传感器在煤矿矿井安装的装置，实现传感器在煤矿井下的高效快速安装，促进传感器的回收再利用实现，尤其涉及一种煤矿井下锚杆预紧安装微震传感器的方法。

背景技术

由于煤矿冲击地压事故、突水事故的频繁发生，依据国家能源局、安监局的要求，在冲击地压矿井中必须设置微震系统，实施监测矿井围岩的应力、破坏情况；而且在煤矿的防治水规程中，也将为微震系统设置为防治水的关键技术手段。但是微震传感器的成本是较大的，平均1.5万元一个，每个传感器的有效精准监测半径为50m，则对于推进长度1000m长的工作面需要20*2＝40个传感器，成本约为60万元。

目前传统安装传感器的方式是采用钻孔深埋传感器，不能回收利用，直接埋在矿井工作面的采空区；而且传感器在线路不被破坏的情况下是处于弱电状态，对于易燃煤层、瓦斯矿井，传感器在采空区的存在成为威胁矿井安全的一个因素。因此在多数情况下，需要将传感器利用开挖设备取出，工作量大、浪费严重。随后研究人员开始意识到锚杆是可以作为信号传递介质的，因此开始将传感器与锚杆相连接，将锚杆锚入深部岩体中，锚杆端部安置传感器，而对于不方便使用现场钻打工具的巷道，直接利用现场原有锚杆进行安装。但是这种方法对安装设备提出了挑战，目前主要是利用人工手段将锚固剂与传感器螺栓锚固在一起，但是这种手段成功率极低、效率低、劳动量大、浪费材料，缺乏有效的安装方法。

因此为提高传感器的回收利用率、安装成功率，减少传感器损坏率，提高工作效率，实现机械化，降低成本，迫切需要一种高效的传感器装配方法。

发明内容

本发明的目的是，提供一种煤矿井下锚杆预紧安装微震传感器的方法，在煤矿矿井安装微震系统采用回收传感器、在锚杆端头安装传感器的方案时，提高传感器的回收利用率、安装成功率，减少传感器损坏率，减少锚固剂材料浪费，提高工作效率，实现机械化，降低成本。

本发明为实现上述目的所采用的技术方案是，一种煤矿井下锚杆预紧安装微震传感器的方法，所使用的装置包括防爆外壳、内旋腔体、供能配件、紧固钳；

所述的防爆外壳19，包括电源12、卡槽13、外壳传动齿轮9、滚套26、滚轴27、滑轨17、环垫18和封底盘21，且外壳的底座留设螺栓孔30，外壳为中部呈柱形中空的钢质承载结构，电源、卡槽位于外侧壁，两组以上的外壳传动齿轮9依靠滚套26、滚轴27分别设置在外壳内壁的上下部，滑轨17位于中空底座的靠近内壁的端部，环垫18设置在螺栓孔30内壁面，封底盘21在螺栓孔的下部与外壳底端外侧成指定距离，由螺钉22固定；

所述的内旋腔体14，包括褶皱15、传动螺纹31、滚轮29、密封软垫8、防渗垫16和密封条28，褶皱15设置在内旋腔体内壁，传动螺纹31环形设定在与外壳传动齿轮啮合的相一致位置，密封软垫8位于上部外壳传动齿轮9的上部，内旋腔体与防爆外壳的间隙之间；滚轮29在滑轨17内滚动；防渗垫16在滑轨与滚轮的上部位置，连接外壳底座与内壁；密封条28设置在滚轮、滑轨上部与滑轨连接，与内旋腔体壁贴合；

所述的供能配件，包括电源12、电机11、轮轴齿轮10和电线20，电源12 位于防爆外壳19的卡槽13内，利用电线与电机连接实现轮轴齿轮的转动，实现对外壳传动齿轮转动；通过传动螺纹31实现内旋腔体14的旋转，借助内壁褶皱 15实现对锚固剂的搅拌；

所述的紧固钳，包括拉杆3、紧固手臂4、链条5、卡臂6、拉杆底座1、手臂底座2、卡套7、拉杆弹簧1-1、手臂弹簧2-1和连接环25；拉杆底座1与手臂底座2设置在防爆外壳19的顶部，拉杆3、紧固手臂4分别通过连接拉杆弹簧 1-1、手臂弹簧2-1呈现预紧力状态，拉杆3上设置有卡座3-1，以利用卡臂随时将紧固手臂固定在特定位置；卡臂6设在手臂底座2上，能够进行180度的摆动，端部设置有卡套7的紧固手臂4通过链条5、连接环25实现与拉杆3的连接；拉杆联动紧固手臂，由于起始状态的手臂水平处于弹簧松弛状态，拉杆联动后能够产生较大的预紧作用力于锚杆。

采用该装置的步骤如下：

步骤1，选定符合微震传感器布置方案的现有岩石巷道帮壁或者顶板已存在的外露锚杆，将外露部分打磨光滑，做好标记；

步骤2，测定煤矿井下锚杆及工作需求参数：包括锚杆直径及露头长度、传感器螺栓长度及直径、矿井含瓦斯情况，设计装置紧固钳、螺栓孔、防爆外壳尺寸，根据装配关系安装装置设备；

步骤3，将装置运移到井下指定位置后，封底盘利用螺钉安装在螺栓孔下部，测试螺栓外露长度及锚固长度是否符合要求，选定既保证锚固长度满足安装传感器强度，又同时满足外露长度安装传感器尺寸要求的封底盘21；

步骤4，向外拉动拉杆3至两个紧固手臂4构成的开口呈大角度喇叭状，利用卡臂6、拉杆卡座3-1将紧固手臂固定在指定的大角度范围内；

步骤5，将传感器螺栓旋转拧入螺栓孔30，直至其端头顶在封底盘上，然后启动供能配件使得内旋腔体转动；

步骤6，将开口的锚固剂药栓放置在内旋体内，松开卡臂6使紧固手臂作用于锚固剂药栓外壁薄膜，拉动药栓使得锚固剂完全流入内旋腔体内；

步骤7，待锚固剂搅拌均匀后，再次重复步骤3，将装置移动至锚杆端头，并将锚杆端头***内旋体内重复导入多次，然后松开卡臂使紧固手臂作用于锚杆，为防止装置晃动将备用的外接环连接铁条于帮壁的铁丝网上；所述的锚杆端头***内旋体内重复捣入多次，其目的是增大螺栓与锚固剂的接触，增强固化效果。

步骤8，静置5分钟后，反向旋动装置使装置脱离锚固杆体，则螺栓固定在锚杆上，而后将传感器安装到螺栓上，连接电线即完成了可循环式的传感器安装。

上述技术方案直接带来的技术效果是，操作接单，使用方便，调节灵活，利用上述技术方案，省时省力，可大幅度提高作业效率。

进一步优选，所述的防爆外壳整体尺寸为长*宽*高＝(200mm-500mm)*(200mm-500mm)*(50mm-100mm)，且为壁体为中空结构，壁面厚度3mm-5mm，起到防爆的作用；

进一步优选，所述的内旋腔体的为上大下小结构，中孔大直径为 50mm-100mm、小直径为30mm-80mm，壁厚2mm-10mm。

上述技术方案所带来的技术效果是，能够满足煤矿矿井常用25mm、30mm、直径的锚杆安装要求，同时保证锚固剂的合理利用率；

上述技术方案直接带来的技术效果是，整体带电防爆且方便施工人员携带，减轻工人劳动强度，提高工作效率。

进一步优选，所述的卡套为弧形设置，可依据锚杆的弧度要求进行随时更换，为增强抓紧力，卡套的接触面为曲折起伏状。

上述技术方案直接带来的技术效果是，卡套非整体设计，能够满足矿井井下生产多变的环境要求，同时曲折起伏接触面保证与锚杆牢固抓紧，防止反生松动。

进一步优选，所述的拉杆上设置有卡座，以利用卡臂随时将紧固手臂固定在特定位置。

上述技术方案直接带来的技术效果是，能够实现对锚固剂的挤出利用，同时为锚固剂的添加、搅拌提供有效的工作空间。

进一步优选，所述的环垫、密封软垫、防渗垫、密封条均采用橡胶材料制作，用于减少摩擦、保护配件安全性。

进一步优选，所述的封底盘在螺栓孔的下部利用螺钉固定，能够依据对传感器螺栓的外露螺纹要求随时进行更换；

上述技术方案直接带来的技术效果是，能够满足不同微震传感器螺栓安装的适用条件，提高装置的适用范围。

进一步优选，所述的防爆外壳整体留设有外接环，能够在紧固钳抓紧力不足时，利用铁条与巷道内壁锚杆实施进一步紧固。

综上所述，本发明所提出的方法操作简便、可靠性大、工作效率高，省时省力、安装效果好且施工成本相对较低等有益效果。

附图说明

图1为本发明的一种煤矿井下锚杆预紧安装微震传感器的方法的示意图；

图2为本发明的一种煤矿井下锚杆预紧安装微震传感器的方法所用装置的正视剖面图；

图3为本发明的一种煤矿井下锚杆预紧安装微震传感器的方法所用装置的俯视图；

图4为本发明的一种煤矿井下锚杆预紧安装微震传感器的方法所用装置的供能传动装配示意图；

图5为本发明的一种煤矿井下锚杆预紧安装微震传感器的方法所用装置的腔体旋转装配示意图；

图6为本发明的一种煤矿井下锚杆预紧安装微震传感器的方法所用装置的紧固钳装配示意图。

图中：1拉杆底座；1-1拉杆弹簧；2手臂底座；2-1手臂弹簧；3拉杆；3-1 拉杆卡座；4紧固手臂；5链条；6卡臂；7卡套；8密封软垫；9外壳传动齿轮； 10轮轴齿轮；11电机；12电源；13卡槽；14内旋腔体；15褶皱；16防渗垫； 17滑轨；18环垫；19防爆外壳；20电线；21封底盘；22螺钉；23螺栓；24锚杆；25连接环；26滚套；27滚轴；28密封条；29滚轮；30螺栓孔；31传动螺纹。

具体实施方式

下面结合附图，对本发明进行详细说明。

如图1-图6所示，本发明为实现上述目的所采用的技术方案是，一种煤矿井下锚杆预紧安装微震传感器的方法，其特征在于，所使用的装置包含若干单元：防爆外壳19、内旋腔体14、供能配件、紧固钳，每个单元由若干配件构成。

其中所述的防爆外壳19，包含有电源卡槽13、外壳传动齿轮9、滚套26、滚轴27、滑轨17、环垫18、封底盘21组成，且外壳的底座留设螺栓孔30，外壳为中部呈柱形中空的钢质承载结构，电源卡槽13位于外侧壁，外壳传动齿轮9 依靠滚套26、滚轴27设置在外壳19内壁的上下部，滑轨17位于中空底座靠近内壁的端部，环垫18设置在螺栓孔30内壁面，封底盘21在螺栓孔30的下部与外壳19底端外侧成指定距离，由螺钉22固定；

所述的内旋腔体14，包含有褶皱15、传动螺纹31、滚轮29、密封软垫8、防渗垫16、密封条28组成，褶皱15设置在内旋腔体14内壁，传动螺纹31环形设定在与外壳传动齿轮9啮合的相一致位置，密封软垫8位于上部拟合齿轮的上部、内旋腔体14与防爆外壳19的间隙之间，滚轮29在滑轨17内滚动，防渗垫 16在滑轨17与滚轮29的上部位置、连接外壳底座与内壁，密封条28设置在滚轮29、滑轨17上部与滑轨17连接、与内旋腔体14壁贴合；

所述的供能配件，包含有电源12、电机11、轮轴齿轮10、电线20，电源12 位于防爆外壳19的卡槽13内，利用电线20与电机11连接实现轮轴齿轮10的转动，实现对外壳传动齿轮9转动；

电机11带动轮轴齿轮10转动传动给外壳传动齿轮9，然后通过传动螺纹31 实现内旋腔体14的旋转，借助内壁褶皱15实现对锚固剂的搅拌；

所述的紧固钳，包含有拉杆3、紧固手臂4、链条5、卡臂6、拉杆底座1、手臂底座2、卡套7、弹簧(1-1、2-1)、连接环25组成，拉杆底座1与手臂底座 2设置在外壳的顶部，拉杆3、紧固手臂4通过连接底座弹簧呈现预紧力状态，卡臂6设在手臂底座2可180度摆动，端部设置有卡套7的紧固手臂4与拉杆3 利用链条5、连接环25实现连接；

拉杆3联动紧固手臂4，由于起始状态的手臂4水平处于弹簧2-1松弛状态，拉杆3联动后能够产生较大的预紧作用力于锚杆24。

具体实施步骤如下：

(1)选定符合微震传感器布置方案的现有岩石巷道帮壁或者顶板所存的外露锚杆24，将外露部分打磨光滑，做好标记；

(2)测定煤矿井下锚杆24及工作需求：锚杆24直径及露头长度、传感器螺栓23长度及直径、矿井含瓦斯情况，设计装置紧固钳、螺栓孔30、防爆外壳 19，根据装配关系安装装置设备；

(3)将装置运移到井下指定位置后，选定合适封底盘21，并将先确定的封底盘21利用螺钉22安装在螺栓孔30下部，再次测试螺栓23外露长度及锚固24 长度是否符合要求；

(4)向外拉动拉杆3至两个紧固手臂4构成开口呈大角度喇叭状，利用卡臂6、卡座3-1将紧固手臂4固定在指定的大角度范围内；

(5)将传感器螺栓23旋转拧入螺栓孔30，直至其端头顶在封底盘21上，然后启动供能配件使得内旋腔体14转动；

(6)将开口的锚固剂药栓放置在内旋体14内，松开卡臂6使紧固手臂4作用于锚固剂药栓外壁薄膜，拉动药栓使得锚固剂完全流入内旋腔体14内；

(7)待锚固剂搅拌均匀后，再次重复步骤(3)，将装置移动至锚杆24端头，并将锚杆端头***内旋体14内重复捣入多次，然后松开卡臂6使紧固手臂4作用于锚杆24，为防止装置晃动可将备用的外接环连接铁条关于帮壁的铁丝网上；

(8)静置5分钟后，反向旋动装置使装置脱离锚固杆体，则螺栓23固定在锚杆24上，而后将传感器安装到螺栓23上，连接电线即完成了可循环式的传感器安装。

所述的防爆外壳19整体尺寸为长*宽*高＝200mm*200mm*80mm，且为壁体为中空结构，壁面厚度3mm，起到防爆的作用；

所述的内旋腔体14的为上大下小结构，中孔大直径为60mm、小直径为40mm，壁厚2mm。

所述的卡套7为弧形设置，可依据锚杆的弧度要求进行随时更换，为增强抓紧力，卡套7的接触面为曲折起伏状。

所述的拉杆3上设置有卡座3-1，以利用卡臂随时将紧固手臂固定在特定位置。

进一步优选，所述的环垫18、密封软垫8、防渗垫16、密封条28均采用橡胶材料制作，用于减少摩擦、保护配件安全性。

所述的封底盘21在螺栓孔30的下部利用螺钉22固定，能够依据对传感器螺栓的外露螺纹要求随时进行更换；

所述的防爆外壳整体留设有外接环，能够在紧固钳抓紧力不足时，利用铁条与巷道内壁锚杆实施进一步紧固。

所述的合适封底盘21是指保证锚固长度满足安装传感器强度，同时满足外露长度安装传感器尺寸要求。

所述的锚杆24端头***内旋体内重复捣入多次，其目的是增大螺栓23与锚固剂的接触，增强固化效果。